混凝土环境中GFRP筋性能衰退的规律及机理

为了探究玻璃纤维增强复合材料(GFRP)筋在模拟和真实混凝土环境中性能衰退的规律及机理,设置了碱溶液(AS)和混凝土包裹GFRP筋后置于自来水中(CS)2种侵蚀环境,采用短梁剪切法分析了GFRP筋力学性能的衰退规律,并借助扫描电子显微镜、差示扫描量热法分析了GFRP筋的微观结构和玻璃化转变温度(T_g).结果表明：随着温度的升高,GFRP筋层间剪切强度衰退的速率加快;GFRP筋在60℃的AS中老化183 d后层间剪切强度保留了48.6%,Tg降低了9.2%,部分纤维与树脂脱黏,树脂出现孔洞;相同条件下CS中GFRP筋的层间剪切强度保留了61.4%,Tg降低了3.4%,纤维产生浅坑.基于Arrhenius方程建立了北京地区GFRP筋的性能预测模型.     

模拟混凝土碱性环境下FRP筋的耐久性

通过碱溶液模拟混凝土内部孔隙水的碱性环境,研究了碱性环境对玻璃纤维增强塑料筋(GFRP筋)和玄武岩纤维增强塑料筋(BFRP筋)的拉伸强度、拉伸弹性模量以及剪切强度、破坏形态等的影响。结果表明:碱溶液作用降低了GFRP筋的拉伸强度和剪切强度,降低程度与时间有关;GFRP筋在碱溶液中发生了后固化反应,GFRP筋的力学性能变化是碱溶液作用和后期固化程度综合影响的结果。碱溶液作用降低了BFRP筋的拉伸强度、拉伸弹性模量和剪切强度,随着碱溶液作用时间的增加,拉伸强度与拉伸弹性模量降低程度有增加的趋势。玻璃纤维和玄武岩纤维中的Si-O键在水分子和碱溶液OH-作用下断裂,树脂基体中的酯键在碱溶液中水解以及纤维和树脂之间的粘结界面性能的退化是GFRP筋和BFRP筋力学性能退化的主要原因。BFRP筋的耐碱性比GFRP筋差,文章给出了机理分析并对提高FRP筋的耐碱性提出了相关建议。     

BFRP和GFRP筋剪切性能的温度效应EI北大核心CSCD

对温度作用后的玄武岩纤维增强复合材料(BFRP)筋和玻璃纤维增强复合材料(GFRP)筋进行了短梁剪切试验,研究了高温后筋材的剪切性能,并提出了温度作用后BFRP、GFRP筋剪切强度的预测计算模型.结果表明:BFRP、GFRP筋的剪切强度均随着温度的升高而逐渐降低;直径为12 mm的BFRP、GFRP筋的剪切强度退化速率比直径为16 mm的更快;270℃高温下,筋材的剪切强度保留率均随着恒温时间的延长呈下降趋势,但BFRP筋的退化速率明显低于GFRP筋;BFRP、GFRP筋剪切强度的退化都主要源于纤维与树脂基体交联度的降低及基体的热降解;与GFRP筋相比,BFRP筋具有更优的耐高温性能.     

环氧基GFRP筋在海水海砂混凝土孔溶液环境下的损伤演化试验与模型研究

为研究环氧基玻璃纤维增强聚合物(GFRP)筋在海水海砂混凝土(SWSSC)孔溶液环境下的损伤演化机理与性能退化规律,对其进行溶液浸泡加速腐蚀、静力拉伸、扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶红外光谱(FTIR)和能谱仪(EDS)等检测试验,并与相同基体的碳纤维增强聚合物(CFRP)筋进行对比分析,得到环氧基G/CFRP筋在SWSSC孔溶液中的强度和弹性模量的退化规律,对比G/CFRP筋腐蚀损伤机理,提出基于氢氧根离子蚀刻速率的损伤演化理论公式,并建立相应有限元模型。结果表明：环氧基G/CFRP筋的抗拉强度随浸泡时间和孔溶液温度的增加而降低,当FRP筋的强度保留率高于80%时,其弹性模量的保留率在95%以上;环氧基GFRP筋的腐蚀损伤主要由环氧基体交联结构的水解、界面相的失效以及玻璃纤维蚀刻引起,而环氧基CFRP筋主要发生基体和界面相的破坏,碳纤维不受腐蚀。基于氢氧根蚀刻速率的损伤模型能够较准确地预测FRP筋在SWSSC孔溶液环境下的蚀刻深度和抗拉强度。     

GFRP筋混凝土柱海水环境受压性能

从新的角度和采用真实的腐蚀条件,首先通过混凝土材料在海洋环境下的腐蚀试验排除海洋环境对混凝土材料的影响,然后对玻璃纤维增强塑料（GFRP）筋体进行腐蚀试验,将不同腐蚀时间的GFRP筋进行绑扎、支模和浇筑,制作成混凝土柱并进行试验。根据相关力学试验结果,对比混凝土构件内筋体腐蚀前后其极限承载力、破坏形态以及筋体腐蚀后构件各项性能的变化情况。结果表明:人工制备的高浓度海水溶液对混凝土材料的力学性能影响不大,有必要排除混凝土保护层对传统腐蚀试验的影响;在柱内筋体受到180 d腐蚀的条件下,钢筋混凝土柱的极限承载力保留率下降到70.2%,降低了29.8%;GFRP筋混凝土柱的极限承载力保留率下降到86.5%,降低了13.5%;海水环境下GFRP筋在受压构件中具有比钢筋更好的性能优势和使用价值。     

侵蚀环境下GFRP筋力学性能退化试验

为了研究侵蚀环境下玻璃纤维增强复合材料(GFRP)筋的力学性能退化机理,对3种不同直径的GFRP筋进行了为期半年的溶液浸泡试验。试验采用了清水、碱溶液以及盐溶液3种侵蚀环境,在浸泡不同时间后分别对筋材进行了外观检测和力学性能试验。结果表明:不同侵蚀环境下,GFRP筋的抗拉强度在碱环境中下降最多,平均为11.44%,其次是盐环境,平均为4.59%,下降最少是清水环境,平均为4.30%;GFRP筋的剪切强度在清水、盐、碱环境中分别平均下降了23.03%,18.69%,28.28%,说明侵蚀环境对其力学性能有明显的影响;在盐环境下,直径为8,12,16 mm的试样抗拉强度分别下降了3.53%,9.42%,0.82%,说明GFRP筋力学性能退化具有一定的尺寸效应;GFRP筋的剪切强度退化随浸泡时间的增加而增大,在前36 d下降较快,36 d后下降则趋于平缓。     

人工海水环境下GFRP筋抗拉性能加速老化试验

根据ASTM D665规定的试验方法,开展了40,60,80℃人工海水环境中玻璃纤维塑料（GFRP）筋抗拉性能的加速老化试验.GFRP筋试件数量共90根,直径为16mm,侵蚀时间分别为3.65,18.00,36.50,92.00,183.00d.结果表明：在40,60,80℃人工海水环境中侵蚀183.00d后,GFRP筋的抗拉强度分别下降了17.71%,24.89%和28.65%,而弹性模量仅分别下降了6.57%,4.40%和-3.77%.采用扫描电子显微镜（SEM）对腐蚀前后GFRP筋的微观形貌进行了观测,发现在GFRP筋的腐蚀劣化区域,环境温度为60℃的GFRP筋其纤维和树脂之间的界面变得松散（与环境温度为40℃筋相比）,而环境温度为80℃的GFRP筋内部则出现了孔洞.GFRP筋吸湿试验结果表明：在侵蚀初期,GFRP筋的吸湿曲线近似为线性;随着侵蚀时间的增加,吸湿曲线变缓并趋于水平;GFRP筋在人工海水溶液中的吸湿过程符合Fick定律.最后,在分析了环境温度、侵蚀时间等参数对GFRP筋抗拉性能影响的基础上,基于Fick定律提出了人工海水环境下GFRP筋抗拉强度的退化模型.     

温度与碱溶液作用下FRP片材耐久性研究

对遭受30,40,50,60℃碱溶液作用后的碳纤维增强聚合物(CFRP)和玻璃纤维增强聚合物(GFRP)片材进行了静力拉伸试验.结果表明:随着老化时间的增加,CFRP和GFRP片材的抗拉强度、弹性模量和延伸率逐渐降低,且温度越高,降低速度越快.采用修正阿伦尼乌斯模型对试验结果进行分析,给出了纤维增强聚合物在温度与碱溶液共同作用下的设计强度参考意见.     

持续荷载作用下混凝土梁中玻璃纤维增强复合材料筋抗拉性能试验研究

通过对真实混凝土环境下玻璃纤维增强复合材料(GFRP)筋的耐久性试验,研究混凝土构件服役状态时所承受的静荷载、裂缝等因素对GFRP筋抗拉强度的影响,并与模拟混凝土孔隙水溶液碱环境下GFRP筋的抗拉强度退化率进行对比分析。试验结果表明:静荷载对混凝土环境作用下GFRP筋抗拉强度的退化有一定的影响,随着荷载的增大,筋体强度退化率也越快;GFRP筋抗拉强度退化率在有工作裂缝的混凝土试件中大于无工作裂缝混凝土环境;模拟混凝土碱环境下浸泡的GFRP筋长期力学性能退化率较快,与实际混凝土环境下GFRP筋的退化规律相比存在一定的偏差,因此,相应试验数据以及在此基础上建立的抗拉强度退化模型偏于保守。     

海水海砂混凝土内玄武岩纤维增强复材筋性能退化研究

采用纤维增强复合材料(FRP)替代钢筋应用于海水海砂混凝土结构是解决钢筋锈蚀问题的有效途径之一。针对FRP材料的耐久性问题,已有的研究集中于将FRP直接浸泡于强碱性环境下模拟混凝土内的孔隙水环境,而海水海砂混凝土在Cl-及SO42-的作用下,内部的碱环境处在动态变化中,有必要研究FRP在真实碱环境下的长期性能。因此,本研究测试了实验室加速环境下(室温、40℃以及60℃水溶液及模拟海水溶液),不同海水海砂混凝土砂浆包裹厚度(0,10,20 mm) BFRP(Basalt-FRP)筋的耐久性,测试了不同浸泡时间后BFRP筋的拉伸强度,用扫描电子显微镜(SEM)对拉伸断面进行了观察。研究发现,同一包裹厚度BFRP筋随浸泡温度的升高,拉伸强度退化越显著;在同一浸泡环境下,混凝土包裹层厚度越大,BFRP筋的拉伸强度退化越明显;影响BFRP筋拉伸强度退化的主要因素是混凝土内部碱度。     

不同围岩条件玻璃纤维增强塑料锚杆结构破坏机制现场试验研究

锚杆支护方法在岩体加固工程中应用较为广泛,锚杆作为支护结构的核心应具有足够的安全度和耐久性.由于钢材易腐蚀,钢锚杆的耐久性受到极大的关注.玻璃纤维增强塑料(GFRP)锚杆是一种由树脂和玻璃纤维复合而成的新型加固材料,与钢筋锚杆相比,它具有较好的力学性能和耐腐蚀性能.通过现场原型试验,系统分析了不同围岩环境和受力条件下GFRP锚杆的抗拉特性,论证GFRP锚杆使用的适宜性,为GFRP锚杆的推广应用提供了较充分的基础数据.根据现场锚杆结构拉拔破坏性试验,研究了GFRP螺纹锚杆破坏机制和应力应变规律,为GFRP锚杆的工程应用提供了理论依据.试验结果表明,GFRP锚杆结构破坏形式有3种:杆体自由段脆性劈裂破坏、锚杆和砂浆界面剪切破坏及砂浆和围岩界面剪切破坏;GFRP锚杆的锚固机制因围岩风化程度不同而异;锚杆应力应变在锚固体内的传递深度随围岩风化程度的增加而增加;围岩风化程度越高,围岩和砂浆接触面强度较低,随着荷载的增加,围岩和砂浆界面出现剪切滑移破坏.     

加速老化环境下纤维增强复合材料筋耐腐蚀性能试验研究

对碳纤维和玄武岩纤维增强复合材料(CFRP和BFRP)筋材进行两种温度下、两种腐蚀溶液中的耐腐蚀性能试验研究,并对室内混凝土环境下的BFRP筋力学性能退化进行研究,同时,针对BFRP筋进行两种溶液、两种温度下的吸湿和质量损失试验。试验结果表明:随着温度的提高,纤维增强复合材料(FRP)筋的抗拉强度退化加剧;碱溶液对BFRP筋的腐蚀大于水,室内混凝土环境不会对BFRP筋造成损伤;CFRP筋的抗拉强度在两种腐蚀溶液中几乎不发生退化,但弹模退化程度大于BFRP筋。温度越高,筋材吸湿速率越大,碱溶液中大于水中;质量损失率能较好地表征FRP筋的性能退化情况。     

高强玻璃纤维布碳纤维布混杂加固混凝土梁柱的试验研究

提出高强玻璃纤维 (SGF)布和碳纤维 (CF)布层间混杂加固混凝土梁、柱的思路并进行试验研究。结果表明 ,相对CF布加固方法 ,SGF CF混杂纤维复合材料 (HFRP)加固法既能在保证承载力的前提下显著提高构件的延性 ,又能显著降低加固成本 ,仅刚度略有下降。     

海水浸泡和紫外辐照环境下玻璃纤维增强复合材料缠绕管长期性能试验研究

玻璃纤维增强复合材料(GFRP)在海洋环境下缠绕管的长期性能变化规律是影响GFRP管设计应用的重要因素。通过对GFRP缠绕管在海水浸泡、干湿凝露循环以及紫外辐照环境中有无紫外防护涂层情况下的耐久性能进行研究，共完成了306个GFRP缠绕管试件的老化模拟试验，时间最长为90 d。老化完成后进行了环向拉伸测试，得到了不同类型工况环境对GFRP缠绕管性能的影响变化规律。结果表明：1)海水浸泡环境中，不同厚度GFRP缠绕管环向强度有不同程度的下降，但经过足够长老化时间后，不同厚度GFRP缠绕管环向强度保留率趋于一致；2)紫外辐照环境下，厚度较薄的GFRP缠绕管环向强度有明显下降；3)紫外防护涂料可以使GFRP缠绕管在紫外辐照环境下的性能退化速度减慢，对于厚度越薄的管保护作用越明显。     

预制夹芯保温墙体FRP连接件抗剪性能加速老化试验研究

为实现预制夹芯保温墙体主体结构与围护结构同寿命,有必要开展混凝土环境下预制夹芯保温墙体纤维增强塑料(FRP)连接件的力学性能(主要是层间剪切性能)的加速老化试验研究。基于ACI 440.3R-04规定的试验方法,将30根预制夹芯保温墙体FRP连接件浸入60℃的模拟混凝土溶液中进行加速老化试验,侵蚀时间分别为3.65,18,36.5,92,183d,主要分析了侵蚀时间对FRP连接件层间剪切强度的影响。研究表明,在60℃模拟混凝土溶液环境下,FRP连接件的层间剪切强度早期退化较快,侵蚀36.5d后,退化速率逐渐变缓;侵蚀36.5d和183d后,FRP连接件的层间剪切强度分别下降了17.22%和26.89%。扫描电子显微镜(SEM)的观测表明,侵蚀后FRP连接件劣化区域内的纤维与周围树脂之间出现了明显的脱粘现象,而且随着侵蚀时间的增加这种脱粘现象更加明显。     

GFRP/CFRP 混凝土界面剪切性能

设计GFRP/CFRP 混凝土搭接双剪试验,研究了界面糙化方式、界面剂种类以及界面形成过程中的压力和温度对GFRP/CFRP层间混杂纤维复合材料混凝土界面剪切性能的影响,并分析了各种因素的影响机理.结果表明：界面化学糙化（酸化）方式可提高界面的机械锚固性能,但降低了固化剂活性,界面剪切强度较物理糙化方式降低29%;15%（质量分数）KH550（硅烷偶联剂）界面剂能显著改善GFRP/CFRP 混凝土界面粘接性能,用其粘接的界面剪切强度较用普通E44环氧树脂界面剂提高66%;GFRP/CFRP 混凝土界面剪切强度随固化压力的增加先增加后减少,005MPa固化压力下界面剪切强度最优;常温范围内（15～45℃）,固化温度对GFRP/CFRP 混凝土界面剪切强度影响不大,但当温度低于15℃时界面的剪切性能急剧降低,且升温后界面剪切强度仍较常温固化试件差.     

FRP约束混凝土抗压强度研究进展

素混凝土经纤维增强复合材料(FRP)包裹约束后,在三向应力作用下,可提高其抗压强度。通过对碳纤维约束混凝土(CFRP)、芳纶纤维约束混凝土(AFRP)、玻璃纤维约束混凝土(GFRP)及玄武岩纤维约束混凝土(BFRP)相关试验数据的整理总结,分析了影响FRP约束混凝土抗压强度的主要因素。引入约束性能经验系数及混凝土强度影响系数的概念,推导出了统一的FRP约束混凝土标准圆柱体抗压强度计算模型,可为FRP约束混凝土的实际应用提供参考。     

超高性能轻型组合桥面沥青磨耗层界面抗剪性能研究

为研究沥青磨耗层-UHPC层间抗剪性能，基于剪切破坏能量分析原理，提出剪切断裂能计算方法；针对新、旧两种界面状况，开展沥青磨耗层-UHPC层间斜剪试验，得到荷载-界面位移全过程曲线；通过模拟不利环境复合试件老化过程，研究新、旧界面抗剪性能劣化规律；探究重铺磨耗层黏结剂用量对于修复效果的影响。研究表明：剪切断裂能综合反映层间剪切强度和剪切推移量的大小，能够更加全面地表征层间抗剪特性；荷载-界面位移全过程曲线呈现出四个阶段；在水损害、高温湿热、氯盐侵蚀等不利自然环境下，复合试件层间抗剪性能劣化规律具有相似性，但老化程度存在差异，环境影响排序为：水损坏＞氯盐高湿＞湿热环境；修复过程中黏结剂的用量对于修复效果影响显著，建议采用0.7kg/m2的黏结剂用量；旧界面试件的剪切强度、剪切断裂能均小于新界面试件，两者差值随着循环次数增加而逐渐增大，修复后层间耐老化性能有所降低。     

碱性环境中BFRP筋耐腐蚀性能试验研究

针对玄武岩纤维增强树脂基复合筋材(BFRP筋)在碱性环境中的耐腐蚀性能和腐蚀机理进行了试验研究,试验变量包括树脂基体种类、碱性环境类别、腐蚀龄期等。碱性环境包括碱溶液浸泡和潮湿混凝土包裹两种,筋材分为环氧树脂基体复合筋(BE筋)和乙烯基酯树脂基体复合筋(BV筋),试验最长龄期为120d。为加速腐蚀效果,试验采用60℃的高温浸泡。并采用扫描电子显微镜(SEM)对腐蚀前后的筋材微观结构进行分析,对腐蚀机理进行了研究。试验结果表明:BE筋腐蚀前后强度均高于BV筋,BE筋的耐碱性能优于BV筋;SEM观察发现沿筋材径向,BE筋中出现明显的腐蚀层和未腐蚀层的分界,而BV筋中没有出现明显的纤维松散层,但是出现了大量的界面脱粘和微裂缝,分析认为强度退化主要是由纤维/树脂界面脱粘导致纤维不能协同受力引起;通过对BFRP筋在直接碱溶液浸泡和混凝土包裹环境下浸泡后的退化规律的比较分析得出,两种情况下的时间转换因子为2.67。     

温度及动水压力工况下纤维沥青碎石封层层间黏结性能

为解决湿热地区纤维沥青碎石封层与沥青面层层间黏结性能不足的难题,考虑温度及动水压力工况,通过层间拉拔试验及剪切试验,研究了改性乳化沥青类型、碎石岩性及粒径等因素对纤维沥青碎石封层层间黏结性能的影响.基于纤维-沥青界面及封层断裂面处的扫描电镜分析,揭示了封层层间黏结性能的增强机理.结果表明:动水-温度耦合与温度单因素作用下的封层黏结性能变化规律基本吻合;封层黏结性能的破坏形式主要为黏附性破坏,玄武岩碎石封层拉拔强度大于花岗岩碎石封层,且在动水压力作用下更为显著;3~6mm与4~8mm碎石封层的拉拔强度高于5~10mm碎石封层;动水压力为0.1~0.3MPa时,碎石封层剪切强度下降速率达到峰值;纤维均匀撒布在两层乳化沥青之间,在吸附、化学键及扩散共同作用下提升材料内聚力与黏附性,增强了纤维沥青碎石封层层间黏结性能.